JPH0562693B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は、たとえばターボチヤージヤなどの
高速回転をする被試験体の回転試験を行うスピン
テスターに関する。

＜従来の技術＞ 最近、自動車用ターボチヤージヤ等の回転体の
高速化、セラミツク化に伴い、これらの高速回転
体の耐久性および安全性を試験する上で、スピン
テスターは重要度を増しており、特に該回転体を
製造するに際し、製造ライン内で全数検査が必要
な場合、製造ライン全体の能率を決める極めて重
要なものになつている。

従来、このようなスピンテスターとしては第３
図に示すものがある。このスピンテスターは、真
空チヤンバー１の上板２に回転駆動源としてのエ
アタービン３を設け、このエアタービン３に供給
口５により圧縮空気を供給して、エアタービンロ
ータ６を高速回転させるようにしている。上記エ
アタービンロータ６は上下２箇所でアンギユラー
玉軸受８，８で支持されており、上記エアタービ
ンロータ６にはスピンドル７を鉛直方向に装着し
ている。上記スピンドル７の下端部はアーバー１
１の上端部の穴１１ａに嵌入して、円周上等間隔
の３箇所からセツトスクリユー９でアーバー１１
に固定している。このアーバー１１の下端部の穴
１１ｂには被試験体としてのターボチヤージヤ１
２の軸１４をその先端部のネジをネジ込んで、タ
ーボチヤージヤ１２を装着している。ターボチヤ
ージヤ１２の下側の軸１４′の外周はタツチダウ
ン軸受１５を配置する一方、ターボチヤージヤ１
２の上側のアーバー１１の外周には別のタツチダ
ウン軸受１７を配置している。上記タツチダウン
軸受１５，１７はターボチヤージヤ１２の上側の
アーバー１１およびターボチヤージヤ１２の下側
の軸１４′に対して、たとえば0.5〜0.7mmの径方
向のクリアランスを持つている。これらのタツチ
ダウン軸受１５，１７は、ターボチヤージヤ１２
の軸１４′およびアーバー１１を直接支持するも
のではなく、スピンドル７、アーバー１１および
ターボチヤージヤ１２が回転時の共振によつて振
れ回る回転速度範囲（危険速度範囲）を通過する
際の振れ回り量を第４図に破線で示すように上記
クリアランス量（0.5〜0.7mm）以内に軸受に接触
させることにより制限するためのものであり、タ
ーボチヤージヤ１２の上下両側に両持支持するよ
うに設けられる。したがつて危険速度範囲外で
は、上記タツチダウン軸受１５，１７とアーバー
１１、軸１４′とは非接触となる。なお、上記タ
ーボチヤージヤ１２等が真空チヤンバー１内に配
置されるのは、風損を軽減して被試験体を所望の
回転速度にまで加速するためである。

そして、上記給気口５からエアタービン３に圧
縮空気を供給して、エアタービンロータ６を回転
させて、スピンドル７およびアーバー１１を介し
てターボチヤージヤ１２を回転させて、、タツチ
ダウン軸受１５，１７で振れ回りを防止しながら
危険速度範囲を通過させて、ターボチヤージヤ１
２を所望の高速回転数域まで回転させ、該回転数
域でターボチヤージヤ１２の高速回転に対する耐
久性および安全性を試験している。

＜発明が解決しようとする問題点＞ しかしながら、上記従来のスピンテスターで
は、ターボチヤージヤ１２の所定の高速回転数に
至る途中で危険速度を通過する際に、スピンドル
７、アーバー１１およびターボチヤージヤ１２の
軸１４′が振れ回り現象（回転数の数分の１の周
期の振れ回り現象、すなわちホワール現象）を起
こすと、アーバー１１およびターボチヤージヤ１
２の軸１４′がタツチダウン軸受１５，１７に相
当回数接触することになるため、該接触部で摩耗
が生じてクリアランス量が増大し、上記振れ回り
現象を制限できなくなつたり、また接触持の衝撃
のくり返しによりタツチダウン軸受１５，１７の
寿命が低下するという問題がある。したがつて、
タツチダウン軸受を用いる制振方法では、接触部
の摩耗、軸受の寿命の点から、第５図に破線で示
すように被試験体の回転数を上げて行くに際し、
危険速度範囲内を通過させる時間を長くとり、で
きるだけ、上記接触持の衝撃を小さくする必要が
生じる。そのため、必要試験回転数に達するまで
に相当の時間を要し、これが試験を迅速に行えな
い一因となつている。

また、上記スピンテスターでは、ターボチヤー
ジヤ１２の振れ回りを両持で支持して制限するた
め、下側のタツチダウン軸受１５を取り付ける下
ハウジング１６を設ける必要があり、そのため試
験の終わつたターボチヤージヤ１２を取り替える
場合、下ハウジング１６を取り外し、アーバー１
１からターボチヤージヤ１２を取り外さなければ
ならず、ターボチヤージヤ１２を迅速に取り替え
ることができない。したがつて、以上のことか
ら、タツチダウン軸受を用いる制振方法では試験
を迅速にできないという問題がある。

そこで、この発明の目的は、タツチダウン軸受
の使用を取り止め、別の制振手段を採用すること
によつて被試験体の試験を迅速かつ容易に行える
ようにすることにある。

＜問題点を解決するための手段＞ 上記目的を達成するため、第１図に例示するよ
うに、この発明のスピンテスターは、回転動力源
２２と、上記回転動力源２２から鉛直下方に延び
る駆動部材２５と、該駆動部材２５と一体回転可
能に取り付けられ、下端に被試験体３１が取り付
けられる駆動部材２７と、上記駆動部材２７の下
端部外周に取り付けたロータ４４を磁気的に支持
して上記駆動部材２５，２７の姿勢制御が可能な
磁気軸受４５と、上記磁気軸受４５のステータ４
５ａとロータ４４とのクリアランスよりも小さな
クリアランスを有し、上記駆動部材２５，２７を
支持可能な保護軸受４１，４３とを備えて、上記
駆動部材２７の下端に取り付けられた上記被試験
体３１の下側を開放構造にしたことを特徴とす
る。

＜作用＞ 上記構成において、駆動部材２７の下端に取り
付けた被試験体３１の高速回転に対する耐久性、
安全性の試験を行う場合、回転駆動源２２から鉛
直下方に延びる駆動部材２５，２７は回転持の共
振により大きく振れ回ろうとし、そして、駆動部
材２７の下方程大きく振れ回ろうとする。しか
し、駆動部材２７の下端部外周に取り付けたロー
タ４４は磁気軸受４５により常に中心位置にある
ように姿勢制御されるので、駆動部材２５，２７
は振れ回りを完全に抑止されステータ４５ａ、保
護軸受４１，４３に接触することなく、正しい姿
勢つまり中心位置で高速回転される。また被試験
体３１の下側は開放構造にしているので、被試験
体３１は迅速かつ容易に取り外せる。

＜実施例＞ 以下、この発明を図示の実施例により詳細に説
明する。

第１図において、２１は真空チヤンバー、２２
は真空チヤンバー２１の上板２３に設置した回転
駆動源の一例としてのエアタービンである。この
エアタービン２２は、従来例と同一構造であつ
て、エアタービンロータ（図示せず）を収納して
いる。このエアタービンロータには鉛直下方に延
びる駆動部材である小径スピンドル２５を設けて
いる。このスピンドル２５の上部に真空シール２
６を嵌合して、最も周速の小さい所でシールし
て、真空シールの耐久性を高めながら真空チヤン
バー２１内を密封している。スピンドル２５の下
端部に駆動部であるアーバー２７の上端部の穴２
７ａを嵌入している。このアーバー２７はスピン
ドル２５よりも大径の段付き円柱であつて、上方
から順次小径部２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃからな
る。スピンドル２５とアーバー２７との連結はア
ーバー２７の小径部２７Ａの外周面２７ｂからス
ピンドル２５の外周面２５ａに円周方向等間隔の
３箇所から、セツトスクリユー２８，２８，２８
をネジ込んで行つている。このように、アーバー
２７の径を下方にいく程大きくしたのは、アーバ
ー２７を下方に引つ張つて取り出し易くするため
である。上記アーバー２７の下端の大径部２７Ｃ
の穴（図示せず）には被試験体としてのターボチ
ヤージヤ３１に嵌通されたターボチヤージヤの軸
３２の上端部をネジ込んでいる。このターボチヤ
ージヤ３１の下側には何も部材はなくて開放構造
になつている。

一方、上記スピンドル２５の外周には空間３３
をあけて円筒形状のブラケツト３４を配置し、こ
のブラケツト３４の上端を真空チヤンバー２１の
上板２３の下面２３ａに固定している。このブラ
ケツト３４の側面には作業穴３５を設けて、この
作業穴３５からセツトスクリユー２８，２８，２
８を螺着したり取り外して、スピンドル２５とア
ーバー２７とを簡単に連結したり取り外したりで
きるようになつている。上記ブラケツト３４の下
端にはアーバー２７が挿通する厚肉の円筒形状の
ハウジング３６の上端を連結している。このハウ
ジング３６の下端には円筒形状の支持部材３７を
取り付け、この支持部材３７の内周面３７ａの下
端部の凹部６２には、保護軸受４３を装着し、下
方から保持部材３８により固定している。保護軸
受４３とアーバー２７の大径部２７Ｃの外周面と
の間のクリアランス0.1mmにしている。上記ハウ
ジング３６の内周面３６ａの上端部の凹部６１に
は、保護軸受４１を装着して上方から押板４２に
より該軸受４１を押さえて固定している。この保
護軸受４１とアーバー２７の外周面２７ｂとの間
のクリアランスも0.1mmにしている。上記２個の
保護軸受４１，４３の間であつて、アーバー２７
の中径部２７Ｂにロータとしてのケイ素鋼板積層
ロータ４４を嵌合している。このケイ素鋼板積層
ロータ４４に対応するハウジング３６の内周面３
６ａの凹部６３には電磁石ステータ４５ａを装着
し、ロータ４４、ステータ４５ａとで磁気軸受８
を形成している。この電磁石ステータ４５ａは、
ケイ素鋼板積層アーマチヤーに巻線を施したもの
であつて、ケイ素鋼板積層ロータ４４との対向位
置において、アーバー２７の軸線に垂直な互いに
直交する二軸方向に吸引力を発生し、その２自由
度を制御する方式のものである。ケイ素鋼板積層
ロータ４４と電磁石ステータ４５ａとのクリアン
スは上記タツチダウン軸受４１，４３のクリアラ
ンス0.1mmよりも大きい0.2mmにしている。このよ
うに、ケイ素鋼板積層ロータ４４と電磁石ステー
タ４５ａとのクリアランスを保護軸受４１，４３
のクリアランスよりも大きくしたのは、アーバー
２７の高速回転持の振れ回り現象を磁気軸受４５
で万が一抑止できなかつたような場合、アーバー
２７が電磁石ステータ４５ａよりも早く保護軸受
４１，４３に接触するようにし、ロータ４４がス
テータ４５ａに接触にしないようにして磁気軸受
４５を保護するためである。また、振れ回りの一
番大きなアーバー２７の下端部に対応する支持部
材３７の内周面３７ａを水平に切つた平面内に互
いに直交する二軸上に対向して二対の位置検出セ
ンサ５１，５１，５１，５１を設けている。この
位置検出センサ５１によりアーバー２７の中心位
置からの変位を検知し、演算回路５３に変位信号
が入力され、演算回路５３で入力される変位信号
と予め定めた基準信号とを比較演算して、その演
算結果をドライバ５４を介して電磁石ステータ４
５ａに入力し、電磁石ステータ４５ａがケイ素鋼
板積層ロータ４４を正規の姿勢つまり中心位置と
で回転させるようにしている。

上記構成において、エアタービン２２に圧縮空
気が供給され、スピンドル２５、アーバー２７、
ターボチヤージヤ３１が一体となつて回転され
る。このとき、真空チヤンバー２１内はほぼ真空
状態になつているため、ターボチヤージヤ３１の
回転に対する風損を少なくし、ターボチヤージヤ
３１は迅速に加速される。そして、危険速度にな
るとアーバー２７はホワール現象を起こし振れ回
ろうとするが、このときセンサ５１がアーバー２
７の変位を検知して演算回路５３により、ドライ
バ５４を介して電磁石ステータ４５ａに通電する
電流が制御され、アーバー２７のケイ素鋼板積層
ロータ４４に電磁力を作用させてアーバー２７を
中心位置つまり正規の姿勢に復帰させる。すなわ
ちホワール現象は制御される。したがつて、アー
バー２７は磁気軸受４５および保護軸受４１，４
３に接触することはなく、危険速度を通過し、危
険速度通過後はターボチヤージヤ３１、アーバー
２７およびスピンドル２５は回転体本来の自動調
心性により、慣性中心で回転し、所定の高速回転
域に到達する。

このように、電磁石ステータ４５ａによりケイ
素鋼板積層ロータ４４の振れ回りを制御するの
で、第４図に破線で示した通り、回転体が軸受に
接触することなく、したがつて第５図に実線で示
した通り短時間で所定の高速試験回転域に到達で
きる。また保護軸受４１，４３もその潤滑を固体
潤滑剤によつて行えるよう切り替えることがで
き、真空チヤンバー２１内での潤滑油の使用を廃
止できて、真空チヤンバー２１内の洗浄度を向上
させること 第２図は他の実施例を示す。この実施例は、ア
ーバー２７が磁気軸受４５の幅寸法に比べて鉛直
方向に長い場合に適用されるものであつて、上述
の実施例の磁気軸受４５と同一構成の磁気軸受４
６，４６を上下の保護軸受４１，４３の間に２個
設けたものである。このように、磁気軸受４６，
４６をアーバー２７の上部と下部に夫々設けたの
は、アーバー２７が長く、かつスピンドル２５が
アーバー２７に比べて細いので、磁気軸受４６の
制振力がスピンドル２５とアーバー２７との連結
部の制振に寄与しなくなり、アーバー２７の上部
での振れ回りが発生するためである。その他の構
成および作動は上述の実施例と全く同一であるの
でその説明を省く。

上記実施例では駆動部材を小径のスピンドル２
５と大径のアーバー２７で構成して、被試験体の
破損等による異常発生時にスピンドル２５の箇所
を最弱点部として破損を生じさせるようにしてい
るので、エアタービン２２にまで破壊が及ぶこと
はない。

上記実施例では、駆動部材をスピンドルとアー
バーとから構成したが、これは一体の部材であつ
てもよい。まら保護軸受４１，４３をターボチヤ
ージヤ３１の上方の磁気軸受４５を挾んで２個設
けたが、これは１個でもよく、要はターボチヤー
ジヤ３１の上方であつて磁気軸受４５を保護でき
ればよい。また、回転動力源として高周波モータ
を使用してもよい。

＜発明の効果＞ 以上の説明で明らかな如く、この発明のスピン
テスターは、回転動力源と、上記回転動力源から
鉛直下方に延びて、下端に被試験体が取り付けら
れる駆動部材と、上記駆動部材の下端部に取り付
けたロータを磁気的に支持して上記駆動部材の姿
勢制御が可能な磁気軸受と、上記磁気軸受のステ
ータとロータとのクリアランスよりも小さなクリ
アランスを有し、上記駆動部材を支持可能な保護
軸受とを備えて、上記駆動部材の下端に取り付け
られた上記被試験体の下側を開放構造にしている
ものである。

したがつて、この発明によれば、駆動部材が危
険速度で回転する時、駆動部材の振れ回りを磁気
軸受で姿勢制御して第４図に示した通り駆動部材
が軸受とは非接触のまま慣性中心で回転できるの
で、第５図に示した通り被試験体を所定の高速回
転域まで短時間で達成させることができ、試験に
要する作業時間を大幅に短縮することができる。

また、この発明によれば、駆動部材の上端を回
転駆動源に取り付け、駆動部材の下端の被試験体
の下側を開放構造にしているので、駆動部材ある
いは被試験体を他の部材に邪魔されず簡単に取り
外し、取り付けもでき、試験の作業性を向上で
き、この点でも試験の迅速化、能率化に寄与でき
る。また、磁気軸受および保護軸受ともオイルフ
リーとすることができるので、オイルによる汚れ
を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す断面図、第２
図は他の実施例を示す断面図、第３図は従来例の
スピンテスターを示す断面図である。第４図は回
転数と振れ回り量との関係を示す図、第５図は加
速時間と回転数との関係を示す図である。 ２２……回転動力源、２５，２７……駆動部
材、３１……被試験体、４４……ロータ、４５，
４６……磁気軸受。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 回転動力源と、上記回転動力源から鉛直下方
   に延びて、下端に被試験体が取り付けられる駆動
   部材と、上記駆動部材の下端部に取り付けたロー
   タを磁気的に支持して上記駆動部材の姿勢制御が
   可能な磁気軸受と、上記磁気軸受のステータとロ
   ータとのクリアランスよりも小さなクリアランス
   を有し、上記駆動部材を支持可能な保護軸受とを
   備えて、上記駆動部材の下端に取り付けられた上
   記被試験体の下側を開放構造にしたことを特徴と
   するスピンテスター。